Apakah Kitaran Pelepasan?

Telah membuat panggilan pada hari Selasa lalu dengan syarikat permulaan yang melakukan peranti pegang tangan pertama mereka. PM tanya saya berapa kali pengguna mereka boleh mengecas bateri. Saya kata ia bergantung. Dia mahu nombor. Saya memberitahunya 500, mungkin, dalam keadaan sempurna yang tidak akan pernah wujud di lapangan.

Itulah masalah dengan kitaran pelepasan. Konsep ini sangat mudah tetapi menerapkannya pada produk sebenar menjadi rumit dengan cepat.

Bateri anda tidak mengira pemalam-masuk. Ia mengira kapasiti kapasiti. Toskan 100% kapasiti papan nama dan itu satu kitaran. Lakukan dalam satu pukulan atau sebarkan sepanjang minggu pelepasan separa - hasil yang sama.

18650 yang terdapat dalam lampu suluh anda sekarang mungkin berada pada kitaran 47 atau kitaran 212. Melainkan anda telah menjejaki amp-jam secara keagamaan, anda tidak tahu. Sel pasti tidak tahu. Tidak ada kaunter kecil di dalam. BMS anda menganggarkannya berdasarkan pengiraan coulomb dan drift pengiraan coulomb. Saya telah mengasingkan pek di mana kiraan kitaran yang dilaporkan dimatikan sebanyak 30% berbanding dengan penuaan kalendar sebenar.

Samsung SDI menerbitkan beberapa data pada 2019 yang menunjukkan 21700 sel mereka mencapai pengekalan kapasiti 83% pada kitaran 300 di bawah protokol ujian standard mereka. Sel NCR Panasonic dari era yang sama adalah lebih seperti 78% pada 300 kitaran. Nombor-nombor ini datang daripada ruang iklim pada 23 darjah dengan pengecasan CC-CV pada 0.5C dan nyahcas pada pemotongan 1C hingga 2.5V. Perbatuan anda akan berbeza-beza kerana bekas penggunaan anda bukan ruang iklim.

Semua orang dalam industri ini bercakap tentang kedalaman nyahcas seperti itu sejenis tuil ajaib. Kitaran cetek memanjangkan hayat, kitaran dalam membunuh sel lebih cepat. Cukup benar. Tetapi hubungan itu tidak seperti yang diharapkan oleh kebanyakan orang.

Saya menjalankan projek sampingan pada tahun 2021 cuba mengukur ini untuk pelanggan peranti perubatan. Kami mengambil 200 sel dari lot pengeluaran yang sama, membahagikannya kepada kumpulan dan mengitarnya pada tahap DoD yang berbeza selama lapan bulan. Kumpulan 100% DoD berada di sekitar kitaran 380. Kumpulan 60% DoD masih pada kapasiti 88% bersamaan dengan 900 kitaran penuh. Kumpulan 30% DoD hampir tidak menunjukkan sebarang kemerosotan selepas setahun.

Tetapi inilah yang tidak akan diberitahu oleh lembaran data kepada anda. Penuaan kalendar memakan semua kumpulan pada kadar yang lebih kurang sama tanpa mengira berbasikal. Menjelang bulan sepuluh, sel yang hampir tidak kami sentuh telah kehilangan 4-5% kapasiti hanya duduk di sana pada keadaan cas 50% dalam bilik 25 darjah. Sel-sel yang dikitar kuat telah terkena dari kedua-dua arah - penuaan kitaran ditambah penuaan kalendar yang disusun di atas satu sama lain.

Oleh itu, apabila pelanggan anda bertanya mengapa peranti mereka -tahun-tidak bertahan lama walaupun mereka "hampir tidak menggunakannya" - itulah sebabnya.

Discharge Cycle

Saya mempunyai sekotak sel di garaj saya daripada pek bateri kereta golf yang menghabiskan tiga musim panas di sebuah bangsal di Tucson. Owner bersumpah dia hanya menggunakan troli itu mungkin dua kali sebulan. Pek dinilai untuk 2000 kitaran. Ia mati pada 160. Sel kelihatan baik secara luaran. Retak satu terbuka dan gulungan jeli mempunyai bintik coklat pada pemisah. Elektrolit telah terurai sebahagiannya.

Haba membunuh sel litium. Tidak cepat seperti pendek mati. Perlahan, seperti meninggalkan mentega di kaunter.

Hubungan Arrhenius memberikan anda kira-kira 2x kadar kemerosotan untuk setiap 10 darjah di atas 25 darjah . Tetapi itu adalah purata merentas kimia. Sel NMC yang saya uji jatuh lebih cepat. LFP bertahan dengan lebih baik. Sel kantung yang kami gunakan untuk barang boleh pakai adalah lebih sensitif daripada sel silinder dengan kimia yang sama kerana jisim haba lebih rendah dan ia meningkat lebih panas di bawah beban.

Pelepasan sejuk menjengkelkan tetapi tidak merosakkan. Anda kehilangan kapasiti buat sementara waktu. Ia kembali apabila sel menjadi panas. Saya telah menyahcas sel pada -15 darjah yang hanya memberikan 61% kapasiti undian, kemudian biarkan sel itu panas ke suhu bilik dan mendapat 3.2Ah penuh pada nyahcas seterusnya. Pengecasan sejuk adalah pembunuh - penyaduran litium pada anod. Kerosakan itu kekal. Kebanyakan BMS mengunci pengecasan di bawah 0 darjah atas sebab ini.

Setiap nyahcas menggerakkan ion litium dari anod grafit ke katod. Setiap caj mendorong mereka kembali. Lakukan ini cukup masa dan perkara mula rosak.

Lapisan SEI pada anod menebal. Lapisan itu sepatutnya berada di sana - ia melindungi grafit daripada elektrolit. Tetapi ia berkembang dengan setiap kitaran, dan pertumbuhan bermakna ia menggunakan litium yang sebaliknya boleh menyimpan tenaga. Inilah sebabnya kapasiti pudar walaupun tiada apa-apa dramatik berlaku.

Zarah katod retak. Katod NMC dan NCA mempunyai struktur kristal yang mengembang dan mengecut apabila litium bergerak masuk dan keluar. Bentuk retakan-mikro. Luas permukaan bertambah. Reaksi sampingan dipercepatkan. Saya telah melihat-bahagian rentas zarah katod daripada sel kitaran tinggi-yang kelihatan seperti kaca pecah di bawah mikroskop berbanding sel segar daripada kumpulan yang sama.

Elektrolit rosak. Air surih menyebabkan masalah. Voltan tinggi mempercepatkan pengoksidaan. Anda berakhir dengan penjanaan gas, peningkatan impedans, dan akhirnya sel membengkak atau bolong.

Semua ini tidak berlaku sama rata. Sel dalam rentetan siri anda yang berjalan lebih panas atau bermula dengan kapasiti yang lebih rendah sedikit umurnya lebih cepat. Selepas satu atau dua tahun, pek "padanan" anda tidak dipadankan lagi. Sel yang lemah mengehadkan keseluruhan rentetan semasa dilepaskan dan menjadi terlalu sibuk cuba untuk bersaing. Lingkaran kematian dari sana.

IEC 62660 dan pelbagai piawaian UL memberi anda garis dasar. Lulus mereka dan anda boleh menghantar produk. Tetapi saya telah melihat sel menjalani ujian pensijilan dan kemudian muncul dalam pemulangan lapangan enam bulan kemudian dengan kantung yang bengkak.

Ujian pensijilan direka bentuk supaya boleh diulang di seluruh makmal, bukan untuk mensimulasikan penggunaan sebenar. Tiada siapa yang menggunakan telefon mereka pada arus malar tepat 0.5C. Tiada siapa yang mengecas alat kuasa mereka pada profil CC-CV yang sempurna pada 25 darjah .

Jika anda serius untuk memahami prestasi pek anda, anda perlu membina protokol ujian yang sepadan dengan pengguna sebenar anda. Profilkan arus nyahcas anda yang dijangkakan. Sertakan tempoh rehat. Tekan suhu melampau yang akan dilihat oleh produk anda. Jalankan sel yang mencukupi untuk mendapatkan keyakinan statistik - dan ini bermakna sekurang-kurangnya 15-20 setiap keadaan ujian, bukan 3-5 yang cuba dielakkan oleh kebanyakan pemula.

Sel-sel yang gagal dalam ujian awal hayat hampir selalu mempunyai kecacatan pembuatan. Burr pada elektrod, pencemaran, kimpalan buruk pada tab. Itu akan muncul dalam 50 kitaran pertama. Sel yang gagal lewat - ialah sel yang memberitahu anda sesuatu tentang reka bentuk anda.

Anda boleh mengira jangka hayat kitaran jika anda mengetahui profil pengguna anda. Telefon yang dicas setiap hari, mungkin habis sehingga 20% secara purata sebelum memasangkan - iaitu kira-kira 0.8 kitaran sehari. Jangka hayat selama dua-tahun, anda melihat 580 kitaran. Jika sel anda dinilai untuk 500 kitaran hingga kapasiti 80%, anda akan mula melihat aduan sekitar bulan 18.

Inilah sebabnya mengapa Apple dan Samsung membesarkan pek mereka berbanding kapasiti yang diiklankan. "100%" yang anda lihat pada telefon anda bukanlah 100% daripada apa yang sebenarnya boleh dipegang oleh sel. Mereka menyimpan penimbal di bahagian atas dan bawah untuk mengurangkan tekanan pada sel. Telefon anda mungkin mempunyai kapasiti fizikal 4500mAh tetapi perisian ini hanya membenarkan anda menggunakan 4000mAh daripadanya.

Idea yang sama berfungsi untuk mana-mana produk bateri. Anda boleh sama ada mencapai sasaran hayat kitaran anda dengan sel yang lebih baik - yang berharga lebih - atau anda boleh mencapainya dengan meletakkan kapasiti tambahan dan menjalankan sel dengan lebih mudah. Pilihan kedua biasanya menang pada jumlah kos apabila anda mengambil kira rizab jaminan.

Discharge Cycle

Kitaran pelepasan hanyalah satu cara untuk mengukur kehausan. Seperti odometer batu pada kereta, tetapi hubungan antara batu dan baki kehidupan adalah lebih licin. Dua pek pada 300 kitaran boleh mempunyai baki kapasiti yang sama sekali berbeza bergantung pada cara ia sampai di sana.

Pengeluar sel akan memberi anda nombor mereka. Tugas anda ialah memikirkan cara nombor tersebut diterjemahkan kepada produk khusus anda dan pengguna khusus anda. Tiada formula untuk itu. Anda menguji, anda menghantar, anda menonton data medan, dan anda melaraskan.